En ny studie från Michigan State University belyser hur stor data och digital teknik kan hjälpa jordbrukare att bättre anpassa sig till hot – både nuvarande och framtida – från ett förändrat klimat.

Studien, publiceras i Vetenskapliga rapporter , är den första som exakt kvantifierar mark- och landskapsegenskaper och rumsliga och tidsmässiga avkastningsvariationer som svar på klimatvariationer. Det är också det första som använder big data för att identifiera områden inom enskilda fält där avkastningen är instabil.

Mellan 2007 och 2016, USA:s ekonomi drabbades av uppskattningsvis 536 miljoner dollar ekonomiskt på grund av variationer i avkastningen i instabil jordbruksmark orsakad av klimatvariationer i mellanvästern. Mer än en fjärdedel av odlingsmarken för majs och sojabönor i regionen är instabil. Avkastningen fluktuerar mellan överpresterande och underpresterande på årsbasis.

Bruno Basso, MSU Foundation professor i jord- och miljövetenskap, och hans postdoktorala forskare, Rafael Martinez-Feria, för att ta itu med nyckelpelarna i National Institute for Food and Agricultures Coordinated Agricultural Project som Basso har lett sedan 2015.

"Först, vi ville veta varför – och var – skörden varierade från år till år i majs- och sojabönsbältet i USA, " sa Basso. "Nästa, vi ville ta reda på om det var möjligt att använda big data för att utveckla och distribuera klimatsmarta jordbrukslösningar för att hjälpa bönder att minska kostnaderna, öka avkastningen och begränsa miljöpåverkan."

Basso och Martinez-Feria undersökte först jorden och upptäckte att ensam, den kunde inte tillräckligt förklara sådana drastiska avkastningsvariationer.

"Samma jord skulle ha låg avkastning ett år och hög avkastning nästa, " sa Basso. "Så, vad är det som orsakar denna tidsmässiga instabilitet?"

Genom att använda en enorm mängd data från satelliter, forskningsflygplan, drönare och fjärrsensorer, och från lantbrukare via avancerade geospatiala sensorsviter som finns i många moderna skördetröskor, Basso och Martinez-Feria vävde ihop big data och digital expertis.

Vad de fann är att interaktionen mellan topografi, väder och jord har en enorm inverkan på hur odlingsfält reagerar på extremt väder i instabila områden. Terrängvariationer, som depressioner, toppar och sluttningar, skapa lokala områden där vatten står eller rinner av. Ungefär två tredjedelar av instabila zoner förekommer i dessa toppar och sänkor och terrängen kontrollerar vattenstress som grödor upplever.

Med omfattande data och teknik, teamet kvantifierade andelen av varje enskilt majs- eller sojabönsfält i Mellanvästern som är benäget att få vattenöverskott eller vattenbrist. Avkastningen i områden med vattenbrist kan vara 23 till 33 % under fältgenomsnittet för säsonger med låg nederbörd, men är jämförbara med genomsnittet under mycket våta år. Områden som är utsatta för vattenöverskott upplevde skördar 26 till 33 % under fältgenomsnittet under våta år.

Basso tror att deras arbete kommer att bidra till att avgöra framtiden för klimatsmarta jordbruksteknologier.

"Vi är främst angelägna om att hjälpa jordbrukare att se sina åkrar på ett nytt sätt, hjälpa dem att fatta bättre beslut för att förbättra avkastningen, minska kostnaderna och förbättra miljöpåverkan, " sa Basso. "Vetande att du har ett område som visat sig vara vattenbrist, du kommer att planera dina spridningar av gödningsmedel annorlunda. Mängden gödselmedel för detta område bör vara betydligt lägre än vad du skulle applicera i områden på samma fält med mer vatten tillgängligt för växterna."